Hibridar la digestión anaerobia con la energía fotovoltaica-térmica

Investigadores de la Universidad de Valladolid y la Universidad Politécnica de Madrid (España) han propuesto hibridar sistemas de producción de biogás y biometano a partir de la digestión anaerobia (DA) del estiércol bovino con energía fotovoltaica-térmica (PVT, por sus siglas en inglés).

Una planta de digestión anaerobia es una instalación energética capaz de producir metano a partir del estiércol.

“Los sistemas descentralizados de producción de energía ofrecen oportunidades para la explotación de recursos a nivel local, junto con la autosuficiencia energética en comunidades remotas”, explicaron los científicos, señalando que el uso de paneles solares tanto para la electricidad como para el calor en la digestión anaeróbica de residuos orgánicos podría ser adecuado para zonas aisladas. “La estrategia de descentralización requerirá que las nuevas configuraciones de digestores sean capaces de funcionar con costos operativos mínimos en zonas con conectividad energética limitada, donde se producen los sustratos orgánicos”.

El sistema PVT concebido por el grupo está conectado a una caja combinadora con baterías, y se utiliza para hacer funcionar el digestor, las bombas, los mezcladores y la unidad de mejora del biogás. Esta última se utiliza para producir biometano y se apaga durante los periodos de bajos niveles de irradiación.

La energía térmica recogida por los paneles se utiliza para aumentar la temperatura del digestor hasta alcanzar unas condiciones óptimas de 35 ºC. A continuación, el calor se transfiere por una red de tubos, lo que permite que circulen el fluido caliente de los paneles solares y el fluido frío del interior del digestor anaeróbico.

Para analizar el novedoso sistema de producción descentralizada, los científicos han supuesto que funciona en una granja porcina de tamaño medio con 2.000 cabezas, utilizando su estiércol. Según los cálculos de los científicos, dicha explotación tendrá un consumo eléctrico diario de 38,3 kWh. La unidad de mejora, según ellos, demandará 0,125 kWh/m3 de biogás.

Mediante una serie de ecuaciones, el grupo de investigación ha evaluado la producción de la instalación en condiciones climáticas variadas en cinco lugares del mundo: Soria (España), Iowa (Estados Unidos), Odense (Dinamarca), Santa Catarina (Brasil) y Laixi (China). Sus valores de irradiación y las temperaturas del aire ambiente se obtuvieron a partir del software Solargis.

El análisis demostró que Odense tenía la irradiancia más baja y era el único lugar donde el sistema era incapaz de satisfacer la demanda de electricidad necesaria. “En el resto de las localidades, sólo una parte de la producción, en mayor o menor cantidad, se utilizaría para mantener la temperatura del digestor, pero en cualquier caso, asegurando su operatividad y la generación de biometano a lo largo del año”, explicaron los científicos.

Los volúmenes anuales de biometano se situaron en valores entre los 14.107 m3 de Odense y los 29.607 m3 de Santa Catarina. La producción anual en Soria y Laixi es similar, con una media de 25.000 m3. En cuanto al uso de biometano en esas zonas, el ahorro anual de biometano fue de hasta el 65%.

Un análisis económico del costo nivelado de la electricidad (LCOE) relativo a 20 años de funcionamiento halló un valor medio de 0,045 dólares/kWh para las cinco ubicaciones. “El estudio económico reveló que la tecnología solar híbrida PV/T propuesta para mejorar el digestor anaeróbico convencional presenta un valor LCOE notablemente competitivo en comparación con otras tecnologías del sector energético”, señalaron los investigadores.

Presentaron sus evaluaciones en el artículo “Hybridization of anaerobic digestion with solar energy: A solution for isolated livestock farms” (Hibridación de la digestión anaeróbica con energía solar: una solución para explotaciones ganaderas aisladas), publicado en Energy Conversion and Management: X.